電力排灌站電動機(jī)低電壓運(yùn)行的狀況分析及解決辦法

許淵

浙江省諸暨市水電局電力排灌站，浙江 諸暨 311800

電力排灌站電動機(jī)低電壓運(yùn)行的狀況分析及解決辦法

許淵

浙江省諸暨市水電局電力排灌站，浙江 諸暨 311800

電動機(jī)低電壓運(yùn)行具有較大的危害性，本文以工作原理及計(jì)算公式為依據(jù)，對低電壓時(shí)三相異步電動機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，論述如何解決所出現(xiàn)的問題。

電力排灌站；電動機(jī)；低電壓運(yùn)行；解決辦法

1 前言

電力排灌站一般在農(nóng)村使用得比較多，當(dāng)電力排灌站在高峰期運(yùn)行時(shí)，有可能會引起電網(wǎng)波動，致使電壓下降，影響到正常使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一些小型的電力排灌站，高峰期的低電壓運(yùn)行情況超過百分之五十，甚至于有些泵站發(fā)生難以啟動和頻繁跳閘的狀況，嚴(yán)重的時(shí)候還會燒毀電動機(jī)。因此，對于電動機(jī)低電壓運(yùn)行問題的分析解決非常重要。

2 電動機(jī)低電壓運(yùn)行時(shí)的參數(shù)分析

2.1 根據(jù)電機(jī)學(xué)的原理，電壓開始下降時(shí)，就會對電動機(jī)的定子電流產(chǎn)生不可以避免的影響，那么三相異步的電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場的磁和其外加電壓的關(guān)系應(yīng)該為:

式子中:

U1——電動機(jī)的外部附加的電壓；

Φ——進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的磁場主要的磁通；

K1——定子的繞組的系數(shù)；

f1——定子線的圈感應(yīng)還有電動勢的頻率；

N1定子進(jìn)行繞組的每相中的串聯(lián)匝數(shù)。

從上可見，如果電源的電壓開始降低時(shí)，那么電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)的磁場的一個(gè)主磁通也會伴隨電壓而開始減小。因此電動機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)矩的公式應(yīng)為:

式中:

CM——表示比例上的常數(shù)，它是電動機(jī)構(gòu)造而決定的；

I2——表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流；

φ2——表示轉(zhuǎn)子電流還有轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電動勢的相位角問題；

I2cosφ2——表示轉(zhuǎn)子電流的有功時(shí)的分量。

根據(jù)上面的分析:如果低于額定時(shí)的電壓，而且繼續(xù)下降，由公式(2）可知，主磁通按比例減小，勵磁電流I0減小，這對于電動機(jī)的空載沒有任何影響。如果是電動機(jī)進(jìn)行帶水泵運(yùn)行，那么水泵開始轉(zhuǎn)速的變化并不是很大，從而在水泵的轉(zhuǎn)矩上也會有不大的變化，如果Φ值減小，那么轉(zhuǎn)子的有功電流為I2cosφ2時(shí)就必然會升高。通過定子繞組還有轉(zhuǎn)子繞組開始的磁勢的平衡的關(guān)系就可以知道，如果定子所開始的有功的電流為I1cosφ1時(shí)也會上升相應(yīng)的值。要是電動機(jī)本身的工作開始在額定的或者是接近于額定的狀態(tài)，在這種情況下，電動機(jī)開始動作的電流就一定會超過它原本的額定值，這會使得電動機(jī)機(jī)身過熱，在嚴(yán)重的時(shí)候還會燒壞電動機(jī)。

2.2 電機(jī)在工作時(shí)電壓降低對于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩還有起動轉(zhuǎn)矩時(shí)的影響

2.2.1 電壓開始降低時(shí)對于電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的影響。

電動機(jī)長期工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要避免機(jī)身過熱，不允許機(jī)子的轉(zhuǎn)矩超過它的額定轉(zhuǎn)矩，如果電動機(jī)的工作時(shí)間很短，轉(zhuǎn)矩就會超過原有的額定轉(zhuǎn)矩，還沒有來得及發(fā)熱，機(jī)子就開始停止正常的工作或者負(fù)載已經(jīng)減小，出現(xiàn)這種情況，很顯然電動機(jī)在短時(shí)間內(nèi)超過額定的轉(zhuǎn)矩是可以允許的。但是不可以超過最大的轉(zhuǎn)矩，否則會發(fā)生“悶車”現(xiàn)象，這時(shí)電動機(jī)就無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩反饋了異步的電動機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的過載工作能力。在計(jì)算上，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩的公式為:

在上面的表達(dá)式中可以看到:

r1——定子進(jìn)行繞組時(shí)的電阻；

x1——定子進(jìn)行繞組時(shí)的漏電抗；

P——電動機(jī)工作時(shí)的極對數(shù)；

f1——電動機(jī)的頻率，

x2——繞組的漏電抗值；

從公式(4）中得知，在電壓開始降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩根據(jù)平方的關(guān)系開始減小，并且使在較短的時(shí)間內(nèi)過載能力開始下降。如果最大轉(zhuǎn)矩還有額定轉(zhuǎn)矩在比值為1.8時(shí)，那么當(dāng)電壓值開始降低為額定的電壓值的80%，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩還有額定轉(zhuǎn)矩的比值就為1.8×0.82=1.15倍了，此時(shí)的電動機(jī)會出現(xiàn)少許過載，這種情況下，會出現(xiàn)機(jī)子停止轉(zhuǎn)動的情況。

2.2.2 電機(jī)的電壓開始降低對于電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩關(guān)聯(lián)。

電動機(jī)開始啟動的狀態(tài)是由與電源相接通瞬間的工作狀態(tài)。此時(shí)機(jī)子的轉(zhuǎn)差率S=1，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2=0。在這時(shí)運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩被稱為機(jī)子的起動轉(zhuǎn)矩。只有開始啟動的轉(zhuǎn)矩大于剛啟動的瞬間水泵所需要的轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動機(jī)才能帶動水泵轉(zhuǎn)動起來。啟動時(shí)的轉(zhuǎn)矩越大，電動機(jī)工作時(shí)開始啟動就越快。起動轉(zhuǎn)矩的用來計(jì)算的公式為:

上面的式子中：R2作為轉(zhuǎn)子的電路的總電阻，它包括了轉(zhuǎn)子開始繞阻時(shí)的電阻還有接到了滑環(huán)時(shí)的一個(gè)外加的電阻?？梢钥吹?，在電網(wǎng)的電壓突然的降低時(shí)，這時(shí)的電動機(jī)進(jìn)行啟動時(shí)的轉(zhuǎn)矩也會跟著按平方的關(guān)系進(jìn)行減小，如果機(jī)子減小或者到了小于機(jī)子進(jìn)行啟動時(shí)的水泵所開始需要時(shí)的轉(zhuǎn)矩時(shí)，這個(gè)時(shí)候電動機(jī)不再可以帶動機(jī)子的水泵開始轉(zhuǎn)動起，那么電動機(jī)也會跟著無法啟動。

根據(jù)上面的分析可以知道，我國的電網(wǎng)電壓在降低時(shí)會對泵站的電動機(jī)正常工作產(chǎn)生較大的影響，首先是在電動機(jī)開始滿載或者接近于滿載情況時(shí)，電機(jī)的電壓降低會造成了嚴(yán)重過電流從而引起了電動機(jī)的過熱；其次最大轉(zhuǎn)矩大突然減小，使電動機(jī)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)過載能力降低；最后，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩開始減小，并且造成啟動困難。

3 解決辦法

3.1 對電動機(jī)端電壓的提高。盡可能地減少變壓器與電動機(jī)之間的距離，現(xiàn)在來說是通過減少了低壓的線路上的壓降來達(dá)到二者電壓的降低；可以是由變壓器在高壓側(cè)時(shí)的無載形式的調(diào)壓的開關(guān)，來進(jìn)一步的調(diào)節(jié)了電動機(jī)的一端的電壓，并且使它可以盡量的在額定的值左右；且可以向較大的容量電力的排灌站輸入，并且可以通過在電動機(jī)或者是變壓器的低壓側(cè)一端并接附加的電容辦法，來達(dá)到補(bǔ)償?shù)臒o功狀態(tài)，并且提高了功率的因數(shù)，從而進(jìn)一步的減少了電壓的損失。

3.2 減小電壓的負(fù)荷。如果在電動機(jī)的一端的電壓經(jīng)它是經(jīng)常低于現(xiàn)定的額定的電壓，那么就應(yīng)該通過調(diào)節(jié)電機(jī)的負(fù)載來達(dá)到減輕影響。對于可調(diào)式的水泵，可以通過對葉片安裝角的調(diào)節(jié)來進(jìn)行減小負(fù)載；那些不可以調(diào)的，就應(yīng)考慮其對于水泵的降速的運(yùn)行影響。

3.3 通過適當(dāng)?shù)奶岣呦鄬?yīng)的配套的功率。那些經(jīng)常出現(xiàn)電網(wǎng)的電壓不足降低現(xiàn)象的區(qū)域，通過新建設(shè)的電力排灌站來為水泵進(jìn)行配套的電動機(jī)，應(yīng)該盡可能地把電動機(jī)配得更大些，對于電動機(jī)所適宜的按水泵進(jìn)行運(yùn)行的可能性出現(xiàn)的時(shí)進(jìn)行最大軸的功率的選配，而且留著一定的相應(yīng)儲備系數(shù)。所以應(yīng)該盡量的避免電動機(jī)滿載或者接近于滿載的狀態(tài)下進(jìn)行工作，從而進(jìn)免因?yàn)殡妷航档投斐蓢?yán)重過電流。只有這樣，才可以較好的保證電動機(jī)出現(xiàn)電流偏差時(shí)還是在高的效率的范圍內(nèi)開始運(yùn)行。

3.4 在工作過程中進(jìn)行有效的設(shè)置低電壓與過電流時(shí)的保護(hù)設(shè)備。在農(nóng)村的中小型的電力的排灌站中，有三相異步的電動機(jī)的常用的啟動的裝置就是QJ的系列進(jìn)行自耦而進(jìn)行減壓的啟動器，在它的內(nèi)部設(shè)有了欠壓脫扣器設(shè)備，還有熱繼電器裝置。當(dāng)欠壓脫扣器可以在電源的電壓運(yùn)行時(shí)低于75%時(shí)的額定的電壓時(shí)候，那么設(shè)備就會自動脫扣，并且切斷電源。如果當(dāng)過載的電流達(dá)到了120%的額定的電流時(shí)，那么熱繼電器就能夠在20min之內(nèi)及時(shí)的切斷電源，從而避免了事故的發(fā)生。

4 小結(jié)

從以上分析可知，降低低電壓對電動機(jī)帶來的危害性，尚有不少辦法可以解決，但要對基本參數(shù)和公式進(jìn)行深入分析，才有較好的理論基礎(chǔ)，并將理論知識很好地應(yīng)用于實(shí)際中，盡最大努力解決電動機(jī)低電壓運(yùn)行帶來的問題，為電力排灌站的安全運(yùn)行提供有力保障。

參照文獻(xiàn)

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[2]莊平華.花蘭窖電力排灌站一次系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù),2009～3

[3]趙志強(qiáng).淺談排灌站電動機(jī)啟動方式的選定[J].科學(xué)之友,2011～4

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.076